RU2464548C1 - Способ определения профиля распределения концентрации носителей заряда в полупроводниковой квантово-размерной структуре - Google Patents
Способ определения профиля распределения концентрации носителей заряда в полупроводниковой квантово-размерной структуре Download PDFInfo
- Publication number
- RU2464548C1 RU2464548C1 RU2011119578/28A RU2011119578A RU2464548C1 RU 2464548 C1 RU2464548 C1 RU 2464548C1 RU 2011119578/28 A RU2011119578/28 A RU 2011119578/28A RU 2011119578 A RU2011119578 A RU 2011119578A RU 2464548 C1 RU2464548 C1 RU 2464548C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- charge carriers
- quantum
- dimensional structure
- concentration
- shift
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области оптоэлектронной техники, микро- и наноэлектроники и может быть использовано для определения профиля распределения концентрации носителей заряда в полупроводниковой квантово-размерной структуре. Способ определения профиля распределения концентрации носителей заряда в полупроводниковой квантово-размерной структуре заключается в том, что измеряют спектр люминесценции при низком уровне возбуждения, далее увеличивают уровень возбуждения до появления сдвига по энергии линии излучения от рекомбинации размерно-квантованных, пространственно ограниченных носителей заряда и по величине сдвига линии излучения, с использованием самосогласованного решения уравнений Шредингера и Пуассона, определяется профиль распределения концентрации носителей заряда. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к области оптоэлектронной техники, микро- и наноэлектроники и может быть использовано для определения профиля распределения концентрации носителей заряда, накапливающихся в полупроводниковой квантово-размерной структуре.
Известны способы (аналоги) измерения спектров люминесценции, а именно измерение спектров люминесценции при облучении или возбуждении образца светом (фотолюминесценция), электронным пучком (катодолюминесценция) [1-3]. Недостатком данных способов является то, что они не позволяют по спектрам люминесценции определять профиль распределения концентрации носителей заряда в изучаемой структуре.
Известен способ (прототип) определения распределения концентрации носителей заряда в полупроводниковых гетероструктурах с квантовыми ямами, точками, основанный на самосогласованном решении уравнения Шредингера и Пуассона и подгонке результатов их решения к вольт-фарадным характеристикам [4].
Недостатки данного способа:
1. Необходимость формирования барьерных контактов для исследований структур методом вольт-фарадных характеристик.
2. Необходимость подбирать конфигурацию изучаемой структуры (толщины слоев, уровень легирования) таким образом, чтобы при изменении напряжения в диапазоне нескольких вольт край слоя объемного заряда (СОЗ) «сканировал» область, в которой происходит пространственное ограничение, размерное квантование носителей заряда, т.е. область с квантовой ямой или квантовыми точками. В высокоомных диодных гетероструктурах толщина СОЗ и барьерная емкость структуры не зависит от прикладываемого напряжения, что делает невозможным найти профиль распределения концентрации носителей заряда.
Предлагаемый способ позволяет определять профиль распределения концентрации носителей заряда в квантово-размерной структуре без формирования барьерных контактов, независимо от уровня легирования гетероструктуры по анализу смещения на спектрах люминесценции линии излучения от рекомбинации размерно-квантованных, пространственно ограниченных носителей заряда и, тем самым, устранить недостатки прототипа.
Суть способа заключается в том, что измеряют спектр люминесценции при низком уровне возбуждения, далее увеличивают уровень возбуждения до появления сдвига линии излучения от рекомбинации размерно-квантованных, пространственно ограниченных носителей заряда, профиль распределения концентрации носителей заряда в квантово-размерной структуре определяют из зависимости величины сдвига по энергии линии излучения на спектрах люминесценции:
n(x)=f(ΔEL, x),
где n(x) - профиль распределения концентрации носителей заряда в квантово-размерной структуре, x - координата на оси координат, вдоль которой происходит пространственное ограничение движения носителей заряда в структуре, ΔEL - сдвиг по энергии линии излучения от рекомбинации размерно-квантованных, пространственно ограниченных носителей заряда, f(ΔEL, x) - зависимость профиля распределения концентрации носителей заряда в квантово-размерной структуре от величины сдвига по энергии линии изучения.
В частности, определение профиля распределения концентрации носителей заряда рассмотрим на примере высокоомной квантово-размерной структуры (КРС) с частичным перекрытием запрещенных зон материалов слоев (фиг.1), таким образом, что для электронов образуется квантовая яма (КЯ). КРС образована барьерным (буферным) слоем, выращенным на подложке, слоем КЯ и покровным слоем, выращиванием которого обычно завершается рост слоистой структуры.
Для получения информации об энергии излучательных переходов и ширине линий излучения, как правило, КРС изучают методами фото- и катодолюминесценции [1-3]. При увеличении тока накачки электронным пучком в КРС с частичным перекрытием запрещенных зон, например, как на фиг.1, на спектрах люминесценции наблюдается «синее» смещение линии излучения от рекомбинации носителей заряда с основного уровня размерного квантования в КЯ. Одна из причин наблюдаемого смещения может заключаться в следующем: при попадании электронного пучка на поверхность покровного слоя изучаемой структуры электроны проникают вглубь структуры, занимают энергетически более выгодное положение; отрицательный заряд электронов в КЯ будет притягивать дырки со всего объема структуры в прилегающие к КЯ барьерные слои и приводить к изгибу зон таким образом, что для дырок будет образовываться треугольная КЯ (фиг.2).
Размерное квантование дырок будет приводить к изменению энергии излучательного перехода от рекомбинации пространственно-ограниченных электронов с пространственно-ограниченными дырками в треугольной КЯ, изменению профиля распределения концентрации носителей заряда в барьерных слоях и слое КЯ. Несмотря на пространственное разделение электронов и дырок, переход электронов в валентную зону оказывается возможным за счет перекрытия волновых функций электронов и дырок. Изменение энергии излучательного перехода связано с изменением зонной диаграммы КРС и, следовательно, профиля распределения концентрации электронов и дырок в КРС. Энергия размерного квантования для дырок также зависит от профиля распределения концентрации электронов и дырок.
Для количественной оценки рассматриваемых эффектов и нахождения профиля распределения концентрации носителей заряда необходимо решить самосогласованно уравнения Шредингера и Пуассона с использованием величины сдвига по энергии линии излучения от рекомбинации размерно-квантованных, пространственно ограниченных носителей заряда [4].
В КРС, возбужденных лазерным или электронным пучком, основным каналом рекомбинации неравновесных электронно-дырочных пар является переход между основными состояниями размерного квантования электронов и дырок в соответствующих зонах (фиг.2). Энергетическое положение излучательного перехода в этом случае содержит в себе информацию о ширине запрещенной зоны материала, величинах энергий основных состояний электронов и тяжелых (легких) дырок, а также о величине энергии связи экситона.
Энергия оптического межзонного перехода является функцией состава и толщин барьерных слоев и слоев КЯ, профиля распределения концентрации электронов и дырок в КРС. Сдвиг по энергии на спектре люминесценции линии излучения от рекомбинации размерно-квантованных, пространственно ограниченных носителей заряда ΔEL при увеличении уровня возбуждения или накачки в данном случае будет определяться энергией размерного квантования дырки в треугольной КЯ Ehhl, поэтому в данном случае сдвиг по энергии ΔEL=Ehhl, а величина Ehhl, в свою очередь, определяется профилем распределения концентрации дырок в барьерных слоях и электронов в слое КЯ, который рассчитывается при самосогласованном решении уравнений Шредингера и Пуассона.
Предложенный способ позволяет по изменению положения на спектре люминесценции линии излучения от рекомбинации размерно-квантованных, пространственно ограниченных носителей заряда ΔEL в квантово-размерной гетероструктуре рассчитать профиль распределения концентрации носителей заряда n(x)=f(ΔEL, x).
Сущность изобретения поясняется следующим графическим материалом:
- Фигура 1 - Зонная диаграмма квантово-размерной гетероструктуры с частичным перекрытием запрещенных зон.
- Фигура 2 - Изменение зонной диаграммы квантово-размерной гетероструктуры при увеличении уровня накачки.
Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения «новизна», т.к. в известных источниках не обнаружен предложенный способ определения профиля распределения концентрации носителей заряда.
Технико-экономический эффект предложенного метода заключается в расширении возможностей традиционных методов измерения люминесценции, профилей распределения концентрации носителей заряда в полупроводниковых квантово-размерных структурах и развитии новых методов исследования и диагностики материалов и структур микро- и наноэлектроники.
Литература
[1] Воробьев Л.Е., Ивченко Е.Л., Фирсов Д.А., Шалыгин В.А. Оптические свойства наноструктур: Учебное пособие / Под ред. Е.Л.Ивченко и Л.Е.Воробьева. СПб.: Наука, 2001. - 188 с.
[2] Спивак Г.В., Петров В.И., Антошин М.К. Локальная катодолюминесценция и ее возможности для исследования зонной структуры твердых тел // УФН. 1986. - Вып.4. - С.659-717.
[3] Петров В.И. Сканирующая катодолюминесцентная микроскопия // Известия РАН. Серия физическая. 1992. - №3. - С.2-30.
[4] Зубков В.И. Диагностика полупроводниковых наногетероструктур методами спектроскопии адмиттанса. СПб.: ООО «Техномедиа» / Изд-во «Элмор», 2007. - 220 с.
[5] Шифф Л. Квантовая механика. - М.: Изд-во иностр. л-ры, 1959. - 475 с.
Claims (2)
1. Способ определения профиля распределения концентрации носителей заряда в полупроводниковой квантово-размерной структуре, заключающийся в том, что измеряют спектр люминесценции при низком уровне возбуждения, далее увеличивают уровень возбуждения до появления сдвига по энергии линии излучения от рекомбинации размерно-квантованных, пространственно ограниченных носителей заряда, отличающийся тем, что профиль распределения концентрации носителей заряда в квантово-размерной структуре определяют из зависимости величины сдвига по энергии линии излучения на спектрах люминесценции:
n(x)=f(ΔEL, x),
где n(x) - профиль распределения концентрации носителей заряда в квантово-размерной структуре;
x - координата на оси координат, вдоль которой происходит пространственное ограничение движения носителей заряда в структуре;
ΔEL - сдвиг по энергии линии излучения от рекомбинации размерно-квантованных, пространственно ограниченных носителей заряда;
f (ΔEL, x) - зависимость профиля распределения концентрации носителей заряда в квантово-размерной структуре от величины сдвига по энергии линии изучения.
n(x)=f(ΔEL, x),
где n(x) - профиль распределения концентрации носителей заряда в квантово-размерной структуре;
x - координата на оси координат, вдоль которой происходит пространственное ограничение движения носителей заряда в структуре;
ΔEL - сдвиг по энергии линии излучения от рекомбинации размерно-квантованных, пространственно ограниченных носителей заряда;
f (ΔEL, x) - зависимость профиля распределения концентрации носителей заряда в квантово-размерной структуре от величины сдвига по энергии линии изучения.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что зависимость профиля распределения концентрации носителей заряда в квантово-размерной структуре и энергии излучательного перехода при рекомбинации размерно-квантованных, пространственно ограниченных носителей заряда определяют по самосогласованному решению уравнений Шредингера и Пуассона.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011119578/28A RU2464548C1 (ru) | 2011-05-17 | 2011-05-17 | Способ определения профиля распределения концентрации носителей заряда в полупроводниковой квантово-размерной структуре |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011119578/28A RU2464548C1 (ru) | 2011-05-17 | 2011-05-17 | Способ определения профиля распределения концентрации носителей заряда в полупроводниковой квантово-размерной структуре |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2464548C1 true RU2464548C1 (ru) | 2012-10-20 |
Family
ID=47145495
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011119578/28A RU2464548C1 (ru) | 2011-05-17 | 2011-05-17 | Способ определения профиля распределения концентрации носителей заряда в полупроводниковой квантово-размерной структуре |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2464548C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1000945A1 (ru) * | 1980-10-08 | 1983-02-28 | Уральский Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет Им.А.М.Горького | Способ определени концентрации свободных носителей зар да в вырожденных полупроводниках |
| SU1728900A1 (ru) * | 1990-08-30 | 1992-04-23 | Научно-производственное объединение "Орион" | Способ определени профил концентрации легирующей примеси в кремниевых эпитаксиальных структурах |
| SU1835967A1 (ru) * | 1990-10-29 | 1996-02-20 | Научно-исследовательский институт физических проблем им.Ф.В.Лукина | Способ определения параметров полупроводниковых материалов |
| US20020167326A1 (en) * | 2001-03-05 | 2002-11-14 | Borden Peter G. | Use of coefficient of a power curve to evaluate a semiconductor wafer |
-
2011
- 2011-05-17 RU RU2011119578/28A patent/RU2464548C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1000945A1 (ru) * | 1980-10-08 | 1983-02-28 | Уральский Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет Им.А.М.Горького | Способ определени концентрации свободных носителей зар да в вырожденных полупроводниках |
| SU1728900A1 (ru) * | 1990-08-30 | 1992-04-23 | Научно-производственное объединение "Орион" | Способ определени профил концентрации легирующей примеси в кремниевых эпитаксиальных структурах |
| SU1835967A1 (ru) * | 1990-10-29 | 1996-02-20 | Научно-исследовательский институт физических проблем им.Ф.В.Лукина | Способ определения параметров полупроводниковых материалов |
| US20020167326A1 (en) * | 2001-03-05 | 2002-11-14 | Borden Peter G. | Use of coefficient of a power curve to evaluate a semiconductor wafer |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Orfield et al. | Quantum yield heterogeneity among single nonblinking quantum dots revealed by atomic structure-quantum optics correlation | |
| Cho et al. | Strongly coherent single-photon emission from site-controlled InGaN quantum dots embedded in GaN nanopyramids | |
| Wallace et al. | Bias dependence and correlation of the cathodoluminescence and electron beam induced current from an InGaN/GaN light emitting diode | |
| RU2464548C1 (ru) | Способ определения профиля распределения концентрации носителей заряда в полупроводниковой квантово-размерной структуре | |
| Zhuang et al. | Influence of stress on optical transitions in GaN nanorods containing a single InGaN/GaN quantum disk | |
| Chia et al. | Radiative recombination of indirect exciton in type-II ZnSeTe/ZnSe multiple quantum wells | |
| Lee et al. | Many-body effects on modulation-doped InAs/GaAs quantum dots | |
| Armăşelu | Recent developments in applications of quantum-dot based light-emitting diodes | |
| Sychugov et al. | Exciton localization in doped Si nanocrystals from single dot spectroscopy studies | |
| Rehm et al. | Study of time-resolved luminescence in GaAs doping superlattices | |
| Polyakov et al. | Quantum barrier growth temperature affects deep traps spectra of InGaN blue light emitting diodes | |
| Maksimov et al. | Kinetics of radiative recombination in strongly excited ZnSe/BeTe superlattices with a type-II band alignment | |
| Liu et al. | Dynamic hole trapping in InAs/AlGaAs/InAs quantum dot molecules | |
| Jung et al. | Optical gain in GaAs doping superlattices | |
| Vishnu et al. | Trap States in Semiconductor Quantum Dots: Friends or Foes | |
| Piwowar et al. | Epitaxial growth and photoluminescence excitation spectroscopy of CdSe quantum dots in (Zn, Cd) Se barrier | |
| Kazimierczuk et al. | Single-photon emission from the natural quantum dots in the InAs/GaAs wetting layer | |
| Ma et al. | A new model on recombination dynamics of polar InGaN/GaN MQW LED and IQE measurement | |
| Lee et al. | Orientation-Dependent Image Dipole Interaction for the Tuning of the Excitonic Properties of CdSe Nanoplatelets | |
| Cingolani et al. | Microprobe spectroscopy of localized exciton states in II–VI quantum wells | |
| Kumar et al. | Solvent-induced luminescence charge carrier dynamics for ZnO quantum dots | |
| Kozlovich et al. | Luminescent devices based on arrays of quantum dots | |
| Reshina et al. | Magnetooptical study of CdSe/ZnMnSe semimagnetic quantum-dot ensembles with n-type modulation doping | |
| Ikeda et al. | External quantum efficiency and electroluminescence spectra of BIODE (biomolecular light-emitting diode) fabricated from horse-heart cytochrome c | |
| Ryu et al. | Optical properties of InGaN/GaN double quantum wells with varying well thickness |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130518 |